一种旁压试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种旁压试验装置及方法，其包括：空心钻杆，其用于容纳流体介质，且一端从地表伸出,另一端伸入地层；探头，其连通空心钻杆，并位于目标探测层中；加压设备，其用于通过压缩所述空心钻杆内的流体介质产生压力，且将压力传递至所述探头，以对所述目标探测层的土体施加压力，使其产生变形；以及信号检测设备，其用于检测所述探头周边土体变形时产生的旁压数据信号。其采用空心钻杆取代现有技术中的柔性塑胶(或尼龙‑纤维)管路，便于放入钻孔，同时提高探测精度与目标层定位准确度。探头弹性外膜采用丁腈橡胶膜组成，可承受25MPa以上的高压，并能缓解压力较大时旁压仪外膜两头的向外延伸的状况。

【技术实现步骤摘要】
一种旁压试验装置及方法
本专利技术涉及岩土力学
，具体涉及一种旁压试验装置及方法。
技术介绍
在地基岩土物理力学参数的勘察工作中，旁压试验是一种原位水平荷载测试试验，其原理是在钻孔中利用一个可膨胀的圆形旁压器，在竖直的钻孔中对其加压，通过旁压器的膨胀使孔壁土体(软岩)变形，从而确定土体(软岩)应力-应变特征。目前国内外采用预钻式旁压试验设备及方法存在以下缺陷：1.目前已有旁压设备采用柔性塑胶(或尼龙-纤维)管路，但由于预钻式旁压实验多适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、软岩地层中，预先用钻具钻出一个符合要求的垂直钻孔，然后将旁压仪放入钻孔内的设计标高，然后进行旁压实验。但在实际勘探现场条件复杂，在将旁压仪探头放入钻孔中时，极有可能被部分碎石卡住，柔性的管路不能提供适当的下推力使得旁压仪顺利放入指定标高；2.目前广泛使用的柔性塑胶(或尼龙-纤维)管路内部高压液体作用下会产生变形，尤其是埋深较大的层位，所需的管路较长，高压作用下管路的形变较大，总体变形量受压力变化的影响极其显著，极大地影响着物探参数计算的精度；而且柔性的管路在重力的作用下在钻孔内会有一定的弯曲，影响着所探测目标层位的准确度，尤其是在目标层位较深且探测地层较薄的情况下；3.目前的旁压仪外膜结构可承受压力较低，尤其是单腔室探头。如图1所示，适当的压力可以引起单腔室探头的外膜100较均匀的变形；但是压力较大时，单腔室探头的外膜100两头会向外延伸，由此无法获得土体真实的体积变化，而且该现象会随着土层的硬度变大而愈加明显，从而对旁压模量、屈服压力、极限压力等数据的计算带来误差。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供了一种旁压试验装置及方法，其采用空心钻杆取代现有技术中的柔性塑胶(或尼龙-纤维)管路，便于在钻孔内放入探头，同时提高探测精度与目标层定位准确度。此外，探头的弹性外膜采用3层丁腈橡胶膜组成，且弹性外膜两端通过芳纶纤维加强、加厚，可承受25MPa以上的高压，并能缓解压力较大时旁压仪外膜两头的向外延伸的状况。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一方面，提供了一种旁压试验装置，其包括：空心钻杆，其用于容纳流体介质，且一端从地表伸出,另一端伸入地层；探头，其连接所述空心钻杆伸入所述地层的一端，并位于目标探测层中，且与所述空心钻杆连通；加压设备，其用于通过压缩所述空心钻杆内的流体介质产生压力，且将压力传递至所述探头，以对所述目标探测层的土体施加压力，使其产生变形；以及信号检测设备，其用于检测所述探头周边土体变形时产生的旁压数据信号。优选的，所述探头包括：探头尾部，其与所述空心钻杆伸入所述地层的一端连接，且与所述空心钻杆内部连通；探头头部，其整体为圆锥形；以及弹性外膜，可在所述流体介质的压力作用下膨胀，以引起所述目标探测地层土体的变形。优选的，所述弹性外膜包括由内而外依次设置的第一弹性膜、第二弹性膜以及第三弹性膜。优选的，所述第一弹性膜、第二弹性膜均为丁腈橡胶膜，且厚度均为2-3mm；和/或，所述第三弹性膜为混有芳纶纤维的丁腈橡胶膜，且厚度为2-3mm。优选的，所述弹性外膜靠近所述探头尾部一端的外周面上缠绕有第一加强层；和/或所述弹性外膜靠近所述探头头部一端的外周面上缠绕有第二加强层。优选的，所述第一加强层为芳纶纤维，其厚度为1.2-2mm；和/或所述第二加强层为芳纶纤维，其厚度为1.2-2mm。优选的，所述加压设备包括：加压单元；活塞杆，其一端连接所述加压单元；以及活塞，其设置于所述空心钻杆内，连接所述活塞杆的另一端，且其外径与所述空心钻杆内径相匹配；所述活塞杆在所述加压单元的带动下上下移动，由此带动所述活塞在所述空心钻杆内部上下移动，并在向下移动过程中压缩所述流体介质。优选的，所述加压设备还包括：设有内螺纹的封堵螺栓，其通过内螺纹与所述空心钻杆从地表伸出的一端螺纹连接，且所述螺栓端帽中部设有可供所述活塞杆穿过的通孔。优选的，所述空心钻杆包括若干首尾依次连接的子钻杆单元，最上方的子钻杆单元的上端从地表伸出；且相邻两子钻杆单元的连接处设有第一垫圈，且所述第一垫圈开设有可供所述流体介质流过的通孔。另一方面，还提供一种旁压试验方法，其包括如下步骤：S1、空心钻孔后提钻；S2、将探头连接空心钻杆；S3、将探头放入钻孔内，并使其位于目标探测层中；S4、空心钻杆内注入流体介质，以产生旁压试验初期压力；S5、安装加压设备，并通过加压设备对所述流体介质施加压力，并将产生的压力传递至所述探头的弹性外膜上，以对目标探测层的土体施加压力，使其产生变形；以及S6、关闭加压设备，排出流体介质，依次取出空心钻杆、探头，旁压试验结束。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用空心刚性钻杆取代柔性塑胶(或尼龙-纤维)管路，便于旁压仪探头钻孔内放入，尤其对于埋深较大的目标探测层；在复杂的实际勘探现场条件下，在将旁压仪探头放入钻孔中时，极有可能被部分碎石卡住，本专利技术中刚性的钻杆可以提供适当的下推力，使得探头可顺利放入指定标高；与现有柔性管路相比，本专利技术的空心钻杆在高压作用下形变极小，而且解决了柔性管路在重力的作用下在钻孔内产生弯曲的现象，提高了探测精度与目标层定位准确度，尤其适用于埋深较大、地层较薄的目标探测层；此外，本专利技术采用的探头弹性外膜可承受25MPa以上的高压，并且可以缓解压力较大时旁压器外膜两头的向外延伸，提高测量精度；同时，本专利技术的旁压试验装置可与其他诸多勘探功能(钻井、地层电阻率测试、声波测井、自然伽马测井等)形成一体，极大地提升了地基岩土物理力学参数的勘察工作的效率。附图说明图1为现有技术中旁压仪外膜在不同压力下的变形示意图；图2为本专利技术实施例一中旁压试验装置的结构图；图3为本专利技术实施例一中封堵螺栓的结构图；图4为本专利技术实施例一中探头的剖视图；图5为本专利技术实施例一中弹性外膜的截面图；图6为本专利技术实施例一中第一加强层以及第二加强层的结构示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。实施例一：图2示出了本专利技术中的旁压试验装置，具体为一种高压液压预钻式旁压试验装置，具体包括：刚性空心钻杆5，其用于容纳流体介质52(如清水等)，且一端从地表伸出，另一端伸入伸入地层；本实施例中，所述空心钻杆5包括若干首尾依次连接的子钻杆单元51，最上方的子钻杆单元51的上端从地表伸出，其余子钻杆单元51均位于地层内；相邻两子钻杆单元51的连接处设有第一垫圈1，且所述第一垫圈1中部开设有可供所述流体介质52流过的通孔；优选的，所述第一垫圈1为丁腈橡胶垫圈；探头2，其连接所述空心钻杆5伸入所述地层的一端，并位于目标探测层中，且与所述空心钻杆5内部连通；优选的，所述探头2与所述空心钻杆5伸入所述地层的一端的连接处设有第二垫圈1’，且所述第二垫圈1’中部开设有可供所述流体介质52穿过流动的通孔，所述第二垫圈1’优选为丁腈橡胶垫圈，若有多个子钻杆单元51，则所述探头2连接最下方的子钻杆单元51的底端；加压设备，其用于通过对所述空心钻杆5内的流体介质52施加压力，且将压力传递至所述探头2，以对所述目标探测层的土体施加压力，使其产生变形；具体的，所述加压设备包括：加压单元10(如气缸等)；活塞杆8，其一端连接所述加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旁压试验装置，其特征在于，包括：空心钻杆，其用于容纳流体介质，且一端从地表伸出,另一端伸入地层；探头，其连接所述空心钻杆伸入所述地层的一端，并位于目标探测层中，且与所述空心钻杆连通；加压设备，其用于通过压缩所述空心钻杆内的流体介质产生压力，且将压力传递至所述探头，以对所述目标探测层的土体施加压力，使其产生变形；以及信号检测设备，其用于检测所述探头周边土体变形时产生的旁压数据信号。

【技术特征摘要】
1.一种旁压试验装置，其特征在于，包括：空心钻杆，其用于容纳流体介质，且一端从地表伸出,另一端伸入地层；探头，其连接所述空心钻杆伸入所述地层的一端，并位于目标探测层中，且与所述空心钻杆连通；加压设备，其用于通过压缩所述空心钻杆内的流体介质产生压力，且将压力传递至所述探头，以对所述目标探测层的土体施加压力，使其产生变形；以及信号检测设备，其用于检测所述探头周边土体变形时产生的旁压数据信号。2.如权利要求1所述的旁压试验装置，其特征在于，所述探头包括：探头尾部，其与所述空心钻杆伸入所述地层的一端连接，且与所述空心钻杆内部连通；探头头部，其整体为圆锥形；以及弹性外膜，可在所述流体介质的压力作用下膨胀，以引起所述目标探测地层土体的变形。3.如权利要求2所述的旁压试验装置，其特征在于，所述弹性外膜包括由内而外依次设置的第一弹性膜、第二弹性膜以及第三弹性膜。4.如权利要求3所述的旁压试验装置，其特征在于，所述第一弹性膜、第二弹性膜均为丁腈橡胶膜，且厚度均为2-3mm；和/或，所述第三弹性膜为混有芳纶纤维的丁腈橡胶膜，且厚度为2-3mm。5.如权利要求2所述的旁压试验装置，其特征在于，所述弹性外膜靠近所述探头尾部一端的外周面上缠绕有第一加强层；和/或所述弹性外膜靠近所述探头头部一端的外周面上缠绕有第二加强层。6.如权利要求5所述的旁压试验装置，其特征在于，所述第一加强层为芳纶纤维，其厚度为1.2-2mm；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹俊鹏，焦玉勇，姚爱国，陈光辉，谭飞，严成增，唐志成，吴泽阳，程毅，邱敏，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42